黃河流域創新生態系統協同演化機制及障礙因子研究

吳艷霞，楊帥帥，陳步宇

(西安理工大學 經濟與管理學院，陜西 西安 710054）

受各種因素的影響,黃河流域科技創新對經濟增長的貢獻率遠低于全國平均水平［1］,如何構建能持續可靠地驅動黃河流域高質量發展的協同高效的創新生態系統(本文所述生態系統不同于通常所說的生物群落及其生長環境組成的生態系統)是一個亟待解決的問題。

創新生態系統有線性范式、系統范式、網絡范式、生態范式等［2-4］,根據創新生態系統的層次和空間范圍可將其分為產業、區域和國家3 種類型,其中產業型強調產業生態邊界、區域型強調地理生態邊界［5-6］。關于創新生態系統的概念和內涵,有的學者認為創新生態系統是不同創新主體之間相互作用、相互影響的交互過程［7-8］,有的學者認為創新生態系統是存在于一定時空范圍內通過物質循環、能量交換和信息共享等實現動態平衡的系統［9-10］。創新生態系統的功能,一是促進區域內各生產要素和組織要素在創新主體之間的交流與合作,進而提高區域內的創新活力和創新績效,二是提高創新資源的配置效率和創新協同水平［11-13］。創新生態系統協同水平及績效測度采用的方法或模型有全排列多邊形法、DPSIR 模型、Logistic增長模型、共生模型等［14-16］。綜合來看,對區域創新生態系統的基礎性研究已取得豐碩成果,但對其協同演化機理的研究較少且已有研究多以長江經濟帶等較為發達的區域為對象,對黃河流域的研究相對較少。因此,本文構建基于創新價值鏈和創新層次兩個維度的創新生態系統協同演化機制,采用耦合協調度模型對黃河流域創新生態系統的協同水平進行測度,利用泰爾指數模型進行空間差異分析,通過空間引力模型進行空間聯系強度分析,采用障礙度模型對制約創新生態系統協同水平提高的因子進行識別,以期為提高黃河流域創新生態系統的協同水平及相關研究提供參考。

1 創新生態系統協同演化機制

創新生態系統強調三大創新主體(創新生產者、創新中介者、創新消費者)之間的依賴性和協同性、系統的可持續運作能力和創新產出能力。基于創新價值鏈維度和創新層次維度進行分析,創新生產者、創新中介者、創新消費者三大創新主體在創新價值鏈維度的位置分別為上游、中游、下游,而在創新層次維度則分別對應技術生態位、市場生態位、社會生態位,據此構建圖1 所示的創新生態系統協同演化機制。

圖1 創新生態系統協同演化機制

從創新價值鏈維度看,處于價值鏈上游的創新生產者(如高校、科研院所等)承擔基礎研究和應用研究任務,是創新生態系統的原動力；處于價值鏈中游的創新中介者(如人才市場、科技企業孵化器、金融機構等)具有促進科技成果轉化的重要功能,通過多種方式促使創新成果、創新資源、創新信息等在系統內流動,是聯系創新生產者和創新消費者的紐帶；處于價值鏈下游的創新消費者(如知識密集型企業、高新技術企業、個體消費者等)是創新成果的檢驗者和受益者,同時通過向創新中介者和創新生產者進行信息反饋,逆向促進新思想、新技術的誕生。

從創新層次維度看,在技術生態位,創新生產者開展基礎研究和新技術研發等,其研發結果具有一定的不確定性；在市場生態位,創新中介者協助消費者提高對新技術的認知,促進新技術通過市場轉向消費者；在社會生態位,創新消費者使新技術的應用更加成熟,形成全社會普遍認可的新技術創新范式。

創新生態系統是三大創新主體在創新價值鏈不同位置和創新層次不同生態位的協同中不斷發展完善的。協同演化機制中的正向協同鏈是指創新產出(包括各類創新要素)作為創新中介者的輸入,經中介者的孵化轉化后投入商業量產,最后到達創新消費者的過程；逆向協同鏈是指創新消費者經過對創新成果的檢驗,形成對新技術的實踐認知,再通過創新中介向上游的創新生產者提供反饋信息,最后實現再創新的過程。

創新地景［17］是指三大創新主體良性協同互動和開展各類創新活動所必需的環境要素,如創新政策、創新環境、創新基礎設施等。

2 研究方法

2.1 評價指標體系

參考李曉娣等［16］、孫冰等［18］的研究,構建了與三大創新主體對應的創新生產能力、創新轉化能力、創新消費能力等3 個一級指標的評價指標體系(見表1),分別從投入、轉化和產出角度衡量創新生態系統的協同水平。其中:金融機構本外幣各項存款余額用于衡量金融機構對創新主體的服務水平；創新主體咨詢服務機構指為創新生產者在法律、會計、管理等方面提供專業服務的機構,如律師事務所、會計師事務所等,用于衡量區域創新咨詢服務水平；創新產品市場消費潛力＝人均可支配收入-人均生活消費支出。參考張力雋等［19］、楊晨鈺婧等［20］的研究,采用極差變換法對各指標進行歸一化處理,采取熵值法確定各指標權重,各一級指標值由其對應的二級指標歸一化值加權求和得到。

表1 創新生態系統協同水平評價指標體系

2.2 評價分析模型

2.2.1 耦合協調度模型

(1)耦合度模型。耦合度模型形式為

式中:C為耦合度,用于度量創新生態系統各創新主體相互作用和影響的程度,其值越大表示創新主體之間的作用和影響程度越高；U1、U2、U3分別為創新生產能力、創新轉化能力、創新消費能力。

(2)耦合協調度模型。耦合協調度模型形式為

式中:D為耦合協調度,其值越大表示創新生態系統協同水平越高；α1、α2、α3分別為創新生產能力、創新轉化能力、創新消費能力的權重。

參考安敏等［21］的研究,依據耦合協調度把創新生態系統協同水平劃分為5 級,見表2。

表2 創新生態系統協同水平分級標準

2.2.2 泰爾指數模型

參考楊騫等［22］的研究,采用泰爾指數分析各區域(黃河流域上、中、下游地區或各省份)創新生態系統協同水平的差異。泰爾指數模型形式為

式中:Tt為第t年的泰爾指數；Dit為區域i第t年的耦合協調度；為全流域第t年的耦合協調度(各省份第t年耦合協調度算術平均值)。

泰爾指數Tt的值域為0～1,其值越大表示協同水平區域差異越大。

2.2.3 空間引力模型

參考周園等［23］的研究,采用修正的空間引力模型分析各省份對周邊省份的輻射帶動能力,模型形式如下:

式中:Rij、Rji分別為省份i與省份j的空間聯系度、省份j與省份i的空間聯系度；Di、Dj分別為省份i、省份j的耦合協調度；Sij為省份i與省份j的空間距離(反映空間可達成本)；Ki、Kj分別為省份i、省份j的引力常數,Ki＝Di／(Di＋Dj),Kj＝Dj／(Di＋Dj)；ΔR為省份i對省份j的相對空間引力強度,其值越大表示省份i對省份j的空間引力越強、輻射帶動作用越大。

2.2.4 障礙度模型

在測度區域創新生態系統協同水平的基礎上,采用障礙度模型進行障礙因子識別,模型形式為

式中:dij為第i年第j項指標的偏離度,表示相對于理想值1 的偏離程度；Aij為第i年第j項指標障礙度,表示第j項指標在第i年對系統協同水平的影響程度,其數值越大,說明該項指標對協同水平提高的阻礙性越強；Yij為第j項指標在第i年的歸一化值；wij為第j項指標在第i年的權重。

3 實證分析

3.1 研究對象及數據來源

本文以黃河流域9 個省份全域為研究對象,以9個省份為樣本數據采集單元和各評價指標測算及其分析單元,以2011—2020 年為研究時段,對創新生態系統協同水平進行測度和分析。研究所需數據來源于國家統計局網站、中國統計年鑒、中國科技統計年鑒、各省份統計年鑒和統計公報等。空間引力模型中省份間的空間距離依據百度地圖按省會城市間的最短物理線路量取。

3.2 創新生態系統耦合協調度測算結果分析

黃河流域各省份創新生態系統耦合協調度測算結果見表3(表中部分數值為0.000 0,表示當年創新生態系統協同水平較低,并非數學意義上的絕對零值),可以看出,黃河流域各省份創新生態系統協同水平普遍較低,2020 年只有山東達到5 級(耦合協調狀態屬優質協調),有4 個省份僅為2 級(耦合協調狀態屬輕度失調)。

表3 黃河流域各省份創新生態系統耦合協調度測算結果

(1)時序變化情況分析。從時間序列上看,黃河流域各省份創新生態系統協同水平整體上呈現波動上升趨勢,創新生態系統協同水平達到3 級(耦合協調狀態為中度協調)及以上的省份由2011 年的1 個增長到2020 年的5 個。其中:青海、四川、甘肅、寧夏4 個省份起點較低(協同水平為1 級,耦合協調狀態為嚴重失調),青海、甘肅、寧夏到2020 年協同水平上升到2 級但耦合協調狀態仍屬失調(其中甘肅接近中度協調),四川上升幅度最大(到2020 年位居流域第四,耦合協調狀態為良好協調)；山東起點較高(協同水平為3 級,耦合協調狀態為中度協調)且逐年穩步上升。

(2)空間差異情況分析。把青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古5 個省份作為上游地區,把山西、陜西兩省作為中游地區,把河南、山東兩省作為下游地區,把各地區所屬省份耦合協調度的算術平均值作為各地區耦合協調度,把9 個省份耦合協調度的算術平均值作為黃河流域耦合協調度,各地區創新生態系統耦合協調度變化情況見圖2。

圖2 各地區創新生態系統耦合協調度變化情況

由圖2 可以看出,黃河流域上、中、下游地區創新生態系統協同水平差異較大,3 個地區耦合協調度逐年變化過程線呈大致平行的層級狀態,下游地區最高、中游地區次之、上游地區最低,2020 年耦合協調度分別為0.726 2、0.543 3、0.363 5。究其原因,主要是我國創新要素分布不均,“西部大開發”等戰略的實施使東西部經濟發展的差距逐漸縮小,但位于中西部的黃河中上游地區在創新能力和創新生態系統等方面還存在區域性短板。

位于下游地區的山東省地處東部沿海,開放程度較高、區位優勢明顯,是黃河流域生態保護和高質量發展的龍頭,經濟發展水平比上中游地區各省份高,創新生產能力、創新轉化能力和創新消費能力均較強,因而創新生態系統耦合協調度和協同水平較高,在2020 年達到了“優質協調”狀態；相對而言,河南則掣肘于傳統的農業產業轉型升級,創新生態系統耦合協調水平始終低于山東(2020 年耦合協調度為0.637 2,屬良好協調狀態)。

位于中游地區的陜西、山西兩省創新生態系統協同水平居中,其中:陜西是我國西部地區的創新高地,其利用豐富的高校教育資源和科研資源積極實施“人才強省、創新富省”等戰略,使創新生態系統協同水平由2011 年的2 級(耦合協調度為0.393 1、耦合協調狀態為輕度失調)上升到2020 年的4 級(耦合協調度為0.644 4、耦合協調狀態為良好協調),僅次于山東；山西則迫于經濟發展模式轉型升級、產業結構優化調整、生態環境改善等方面的壓力,創新生態系統協同水平的提高并不明顯(2020 年耦合協調度僅為0.444 2,耦合協調狀態為中度協調),未來仍需做出更大的努力。

位于上游地區的青海、甘肅、寧夏、內蒙古4 個省份經濟發展客觀條件較差,創新投入和產出力量相對薄弱,科研人才流失嚴重,研發經費投入不足,導致其創新生產能力、創新轉化能力、創新消費能力均較弱；然而,四川雖然也位于黃河上游地區,但其高校、科研機構和科技孵化基地數量較多,創新生產能力較強和創新消費能力較強,創新生態系統協同水平在2014 年超過了位于中游地區的陜西,在2020 年達到4 級(耦合協調度為0.605 0,耦合協調狀態為中度協調)。

從空間差異來看,黃河流域創新生態系統協同水平泰爾指數呈逐年減小趨勢(見圖3),由2011 年的0.296 6下降到2020 年0.037 0,說明各省份間的差距呈不斷縮小的態勢。其原因:一方面,黃河下游地區經濟發展水平較高,在技術發展到一定階段后人才、資本、知識等創新要素的集聚效應達到峰值,出現創新領域的“邊際效應遞減”現象,因而創新生態系統協同水平增速放緩；另一方面,國家創新驅動發展戰略的廣泛實施使黃河中上游地區創新生態系統協同水平快速提升,與下游地區的差距逐漸縮小。

圖3 創新生態系統協同水平泰爾指數變化情況

3.3 空間聯系強度分析

把各省份2011—2020 年創新生態系統耦合協調度的算術平均值作為創新生態系統的綜合水平,計算各省份間的空間聯系度,結果(見圖4)表明:下游地區的山東與其他省份的空間聯系度最大、其創新生態系統對其他省份的輻射帶動能力最強,其中對山西的輻射作用最大(空間聯系度為110)、對寧夏的輻射作用最小(空間聯系度為48)；上游地區的青海與其他省份的空間聯系度最小、對其他省份的輻射帶動能力最弱；某省份創新生態系統對其他省份的輻射帶動作用除受兩省份之間空間可達成本的影響外,還受被輻射省份自身發展水平的限制。

圖4 各省份創新生態系統空間聯系度Circos 弦圖

3.4 障礙因子識別

黃河流域創新生態系統協同水平一級指標障礙度逐年變化情況(見圖5)表明,在2011 年創新生產能力、創新轉化能力、創新消費能力障礙度相當的情況下,創新消費能力的障礙度在2012 年及以后明顯大于創新生產能力和創新轉化能力的障礙度,即創新消費能力不足是黃河流域創新生態系統協同水平提升的主要障礙因子。

圖5 創新生態系統協同水平一級指標障礙度變化情況

4 結論與建議

4.1 結論

(1)黃河流域創新生態系統協同水平普遍較低,雖然在研究時段呈現穩步提升的態勢,但是2020 年尚有4 個省份的耦合協調狀態屬輕度失調。

(2)黃河流域創新生態系統協同水平存在空間不平衡的現象,下游地區最高、中游地區次之、上游地區最低,但這種不平衡隨著時間的推移逐漸弱化。

(3)某省份創新生態系統協同水平對周邊省份的輻射帶動作用除受兩省份之間空間可達成本的影響外,還受被輻射省份自身發展水平的限制。

(4)創新消費能力不足是黃河流域創新生態系統協同水平提升的主要障礙因子。

4.2 建 議

(1)黃河上游地區創新生態系統協同水平較低的省份,創新資源稟賦較差,應出臺相關惠企政策,增加創新投入,加快創新成果轉化平臺建設,注重創新消費主體吸納能力的提高,并加強與創新水平較高省份的合作。

(2)黃河中游地區的省份應進一步提升創新成果轉化能力,營造良好的創新轉化氛圍,提高創新轉化效率,構建綠色高效的科技企業孵化基地和轉化平臺,實現創新生產和創新消費的有效銜接。

(3)黃河下游地區的省份應進一步重視創新要素和創新資源配置的合理化,提高關鍵核心技術的研發和生產能力,同時應避免對創新要素和創新資源的“虹吸效應”。

(4)調整創新資金和資源對三大創新主體的分配比例,重點提高區域創新消費能力,以增強弱項、補齊短板。